專利名稱：：一種微波同軸源原子氧地面模擬設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，屬于航空航天領(lǐng)域。發(fā)明的同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備可用于對衛(wèi)星用材料進行地面耐原子氧試驗。
背景技術(shù)：
：原子氧是低地球軌道殘余大氣的主要成分，化學(xué)性能非?；顫?，能夠?qū)教炱鞅砻娌牧袭a(chǎn)生剝蝕效應(yīng)，使材料的機械、光學(xué)性能、電學(xué)性能等發(fā)生改變，從而影響材料的使用性能和壽命。材料在使用前進行耐原子氧試驗評價已是一項不可或缺的重要內(nèi)容。所以，需要研制原子氧地面模擬試驗設(shè)備。現(xiàn)有原子氧設(shè)備類型主要有激光解離原子氧試驗設(shè)備和微波放電電子回旋共振原子氧試驗設(shè)備。主要存在的不足有1)激光解離原子氧設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、不能長時間連續(xù)工作。2)微波放電電子回旋共振原子氧試驗設(shè)備雖然結(jié)構(gòu)相對簡單，但是原子氧密度低、不適合進行大通量原子氧模擬試驗。所以，現(xiàn)有原子氧設(shè)備存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能連續(xù)工作、通量密度低等多種缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有原子氧設(shè)備的不足，提供一種結(jié)構(gòu)相對簡單、能夠連續(xù)工作、通量密度高、能夠原位測量試樣反射率的地面原子氧模擬設(shè)備。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，由微波源，波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，供氧系統(tǒng)，放電腔，磁體，中性化系統(tǒng)，試樣架，積分球，測試室。其連接關(guān)系為微波源與波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相連，波導(dǎo)管將微波源產(chǎn)生的微波能量輸送到放電室(4)中；供氧系統(tǒng)與放電室相連，微波能使氧氣解離為氧等離子體；磁體中加100A的直流電后，產(chǎn)生900高斯的強磁場，對氧等離子體進行約束，形成氧等離子體束；中心化系統(tǒng)上加負10V的直流偏壓，將氧等離子體中的0+引出并加速；氧等離子體在中心化板上得到電子，還原為氧原子(O)，形成原子氧束；原子氧與試樣架上的試樣作用；試驗過程中，可以在不暴露大氣的條件，用積分球測試材料的反射率，達到材料耐原子氧性能評價的目的。其工作原理為由微波源生頻率為2.45腿z、功率為1501500W可調(diào)的微波能量，經(jīng)過波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將微波能量耦合到放電腔內(nèi)；在磁場的作用下，放電腔中的氧分子被離解為密度約為10121013cm—3高密度氧等離子體；在中性化板上加10V的負偏壓，加速等離子態(tài)中的氧離子，使其獲得定向能量并排斥等離子體中電子。加速后的氧離子入射到中性化板上并從中得到電子，復(fù)合成中性氧原子反射的氧原子保留入射能量的大部分形成一定大小定向能量的中性原子氧束。通過調(diào)節(jié)中性化板所加偏壓及改變氧離子入射角度，可以調(diào)節(jié)中性原子氧的能量和反射后的角分布。在測試室中，放置一臺接分球，當(dāng)試樣經(jīng)過原子氧作用后，在保持真空的條件下，對試驗的反射率(R)進行原位測量；然后，可以繼續(xù)對試樣進行原子氧試驗。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于能夠連續(xù)進行長時間原子氧試驗；試驗時，原子氧通量密度高，可大幅度縮短試驗時間；試樣架上有4個安裝位置，同時裝入4個試樣，可提高試驗效率，節(jié)約試驗成本；可真空條件下，原位測試試樣的反射率，提高了試驗的可靠性。圖1-同軸微波源原子氧地面模擬試驗設(shè)備圖1中，1-微波源，2-波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，3-供氧系統(tǒng)，4-放電腔，5-磁體，6-中性化板，7-試樣架，8-積分球，9-測試室。具體實施例方式如圖1所示，一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，由微波源，波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，供氧系統(tǒng)，放電腔，磁體，中性化板，試樣架，積分球，測試室等部分組成。主要功能是對材料進行上面原子氧模擬試驗，評價材料在原子氧環(huán)境中的性能。微波源1產(chǎn)生1501500W可調(diào)的微波能量，經(jīng)過波導(dǎo)傳輸及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2，將微波能量直接耦合到放電腔4中。供氧系統(tǒng)將99.9%的純氧送入到放電腔中，并維持2X10—屮a的真空度；氧分子在微波能的作用下，離解為高密度氧等離子體。磁體5中通入100安培左右的直流電流，在磁體中心產(chǎn)生約900高斯的強磁場。氧等離子體在磁場的約束下，形成氧等離子體束。中心化板6上加10伏的直流負偏壓，將等離子體中的氧離子引出，并加速氧離子，使其獲得10eV的定向能量。被加速的氧離子撞擊到中性化板上，獲得電子后還原為原子態(tài)的氧，并保留入射能量的大部分從中性化板上反射。在反射方向形成能量為38eV、通量密度最大可達到3X1016atomS/Cm2*s原子氧束并輻照到試樣架7上，對材料試樣進行原子氧作用，達到評價材料在原子氧環(huán)境中使用性能的目的。實施例利用本發(fā)明，對白漆(2個試樣)、聚酰亞胺和F46三種材料同時進行了原子氧試驗，結(jié)果見表l。表1三種材料的反射率原位測量結(jié)果從表1可見，設(shè)備能夠用在較大的原子氧通量密度(1.06X10toms/cm2s)進行材料試驗；可以同時裝入4個試樣，極大地4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>提高了試驗效率；試驗過程中，能夠在真空條件下，原位測試材料的反射率，提高了試驗的可靠性。權(quán)利要求一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，其特征在于包括微波源(1)，波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(2)，供氧系統(tǒng)(3)，放電腔(4)，磁體(5)，中性化板(6)，試樣架(7)，積分球(8)，測試室(9)；其中微波源與波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相連，波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(2)將微波源(1)產(chǎn)生的能量傳輸放電腔中；供氧系統(tǒng)與放電室相連，將放電腔(4)中的氧分子離解為高密度氧等離子體；經(jīng)中性化板(5)上的負偏壓加速，并得到電子，形成具有3～8eV的原子氧束，輻照到試樣架(6)的試樣上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，其特征在于產(chǎn)生的原子氧束能量為38eV。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，其特征在于放電腔產(chǎn)生的氧等離子體密度達到10121013cm—3，經(jīng)中性化后，原子氧通量密度最大達到3X1016atoms/cm2s。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，其特征在于在測試室(9)中放置了積分球，用于在真空條件下，對試樣的反射率進行原位測量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，其特征在于所述的試樣架(7)上有4個試樣安裝位置，能同時對4個試樣進行原子氧作用。全文摘要本發(fā)明涉及一種同軸微波源原子氧地面模擬設(shè)備，屬于航空航天領(lǐng)域。該模擬設(shè)備包括微波源，波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，供氧系統(tǒng)，放電腔，磁體，中性化板，試樣架，積分球，測試室等。微波源與波導(dǎo)及同軸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相連，供氧系統(tǒng)與放電室相連；波導(dǎo)管將微波能量輸送到放電室中，微波能使氧氣解離為高密度的氧等離子體；氧等離子體在中心化板上得到電子，形成原子氧束(○)，與試樣架上的試樣作用；試驗過程中，可以在不暴露大氣的條件，用積分球(8)測試材料的反射率。本發(fā)明具有原子氧通量密度大、能夠連續(xù)工作、能夠原位測量試樣反射率及多試樣同時試驗的特點，可大幅度縮短試驗時間、提高試驗的效率和可靠性。文檔編號G01N17/00GK101710059SQ200910235759公開日2010年5月19日申請日期2009年10月13日優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日發(fā)明者李中華,趙琳,鄭闊海申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所